山東重拓機(jī)械有限公司研發(fā)的充填系統(tǒng)是將充填料從制備、倉儲、制漿到輸送至充填區(qū)的各個環(huán)節(jié)或單元的總成。充填方法與充填料輸送方法不同，充填系統(tǒng)的組成單元和功能不同。就應(yīng)用最普遍的水力輸送而言，一般包括充填料制備、充填料倉儲、料漿制備與計量控制、管路輸送等4個模塊。金屬礦山和煤礦充填在充填系統(tǒng)設(shè)計上差別很大，主要原因是充填料的不同。

    金屬礦山主要充填尾礦砂。充填站設(shè)置料倉或堆場，采用振動放料形式，通過皮帶傳送至攪拌桶制漿。分級尾砂攪拌相對簡單，全尾砂充填為避免細(xì)粒部分絮凝結(jié)團(tuán)，需要采用強(qiáng)力活化攪拌技術(shù)。
    煤礦充填目前使用的充填料主要是破碎煤矸石和粉煤灰。矸石充填料需要將煤矸石破碎至5mm以下粒徑，并需保證均衡的含水率，所以充填系統(tǒng)要有破碎模塊和相應(yīng)的破碎前與破碎后室內(nèi)堆場。純粉煤灰充填因粉煤灰懸浮性好攪拌比較容易，高濃度的矸石充填可以采用類似混凝土攪拌的臥式攪拌槽，濃度較低的混合充填一般采用立式攪拌桶。

充填系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：
（1）充填料要就近選擇，充分利用工業(yè)廢渣，保護(hù)環(huán)境，降低成本。
（2）優(yōu)先選擇自流輸送方式，降低基建投入與管理成本。
（3）制漿能力與管道流量保持一致，設(shè)置必要的人工或自動控制措    施，盡可能做到滿管輸送。
（4）倉儲規(guī)模要保證正常生產(chǎn)，不能出現(xiàn)經(jīng)常性斷料。
（5）必要的防潮防雨雪措施，避免膠固材料吸潮結(jié)塊，保持充填料穩(wěn)定的含水率。
（6）工藝流程與控制簡單實(shí)用。
（7）粉塵與噪聲符合環(huán)保要求。

什么是礦井充填   是采用充填類采礦法礦山的一個主要生產(chǎn)工序。礦山充填是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及充填材料選擇、充填混合料配比優(yōu)化、充填料漿制備及輸送、采場充填工藝、充填質(zhì)量保證等各個環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會造成嚴(yán)重后果，不僅破壞礦山正常生產(chǎn)，惡化礦山經(jīng)濟(jì)效益，造成資源浪費(fèi)，而且可能產(chǎn)生重大安全事故，影響礦山可持續(xù)發(fā)展。

              自流式系列礦井充填站 自流式主要用于采礦廠較遠(yuǎn)的區(qū)域，選礦后礦渣與水不用分離，直接用高壓輸送泵送人攪拌池攪拌，節(jié)約空間和生產(chǎn)工序水砂充填是將充填骨料加水制成質(zhì)量濃度較低的砂漿，利用管道、泵閥等自流輸送到稀漿攪拌機(jī)內(nèi)添加粉料如（水泥、膠固粉等）充填料。在水砂充填中水僅僅作為輸送物料的載體，充入采空區(qū)后，充填料留在采空區(qū)，水滲濾出去，沿巷道水溝流入水倉，通過排水和排泥設(shè)施將滲濾出的清水和隨清水流失的細(xì)泥排出地表。我們的水砂充填工藝采用全電腦控制，更加精確，礦漿采用在線濃密度計進(jìn)行檢測。根據(jù)密度含量添加粉料，使其更加堅(jiān)固節(jié)約成本。 KDGF干式系列礦井充填站 我廠在2004年就致力生產(chǎn)礦山機(jī)械用矸石、尾礦礦粉、建筑廢棄物等為目的干式充填工藝，廢石干式充填法曾在煤礦、鐵礦采空區(qū)礦井主要的采礦方法，有色金屬地下開采礦山中該方法應(yīng)用比例高達(dá)54.8%。干式充填是將掘進(jìn)廢石等干充填料利用運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至待充填地點(diǎn)進(jìn)行充填的工藝，因其效率高、生產(chǎn)能力大和勞動強(qiáng)度小，能滿足“三強(qiáng)”（強(qiáng)采、強(qiáng)出、強(qiáng)充）采礦生產(chǎn)的需要。干式充填、水砂充填都屬于非膠結(jié)充填范疇，由于非膠結(jié)充填體無自立能力，難以滿足采礦工藝高回采率和低貧化需率的，膠結(jié)充填是將膠凝材料（一般為水泥）、骨料、水混合形成濃度較高的漿體，通過管道，自流或加壓輸送到待充填地點(diǎn)進(jìn)行充填的工藝。充入采場的水泥砂漿經(jīng)過一定時間養(yǎng)護(hù)后，成為固化體控制地壓。在膠結(jié)充填中水是輸送物料的載體，充入采空區(qū)后，除一部分參與水泥水化反應(yīng)之外，多余的水分通過脫濾水設(shè)施滲濾出去，沿巷道水溝流入水倉，通過排水和排泥設(shè)施將滲濾出的清水和隨清水流失的。細(xì)泥排出地表

地下礦充填系統(tǒng)設(shè)計(design of filling system for underground mine)

將制備的充填料輸送到地下采礦場和采空區(qū)進(jìn)行充填的地下采礦工程設(shè)計。在地下采礦時，隨著采礦作業(yè)的推進(jìn)而出現(xiàn)的采空區(qū)，必須加以充填，以防止礦體頂板塌陷。充填系統(tǒng)的種類繁多。因充填材料不同，可分尾砂充填、山砂(河砂或海砂)充填、廢石充填、碎石充填、戈壁集料充填、混合料充填和添加膠結(jié)劑的膠結(jié)充填等；依運(yùn)搬方式，又可分為人力運(yùn)搬充填、電耙充填、機(jī)械化(鏟運(yùn)機(jī)或卡車)充填、拋擲充填、風(fēng)力充填、水力充填和各種形式的聯(lián)合充填。主要設(shè)計內(nèi)容包括：充填系統(tǒng)選擇、充填材料選擇、充填材料量及充填能力確定、充填料制備和輸送等。

充填系統(tǒng)選擇    中國金屬礦山主要采用尾砂水力充填系統(tǒng)及其膠結(jié)充填系統(tǒng)。如凡口鉛鋅礦、金川有色金屬公司各礦山、錫礦山銻礦、水口山礦務(wù)局柏坊銅礦、吉林鎳業(yè)公司付家塢礦、紅透山銅礦以及三山島、焦家、新城等絕大多數(shù)金礦。其次是山砂水力充填和人力運(yùn)搬的廢石充填。風(fēng)力充填、機(jī)械化充填和拋擲充填很少應(yīng)用。主要原因是尾砂充填料來源充足，管道輸送能力大，具有維護(hù)和管理簡便和充填成本較低等優(yōu)點(diǎn)。山砂水力充填適用于非膠結(jié)，沒有尾砂或河沙可用的礦山，其缺點(diǎn)是水耗量大、管壁及管件磨損較嚴(yán)重，該系統(tǒng)在波蘭的礦山應(yīng)用較廣泛，在中國會澤鉛鋅礦、錫礦山銻礦、湘潭錳礦使用較成功。廢石充填在某些礦業(yè)發(fā)達(dá)、機(jī)械化水平較高的國家，同時有露天與地下開采的礦山，使用比較廣泛，少量的廢石充填礦山仍靠人力運(yùn)搬。與水力充填相比，主要是粉塵濃度高、作業(yè)環(huán)境惡劣。往充填材料中摻加水泥等膠凝材料即形成相應(yīng)的膠結(jié)充填系統(tǒng)，適用于開采有色金屬的富礦體。

充填材料選擇    可供選擇的充填材料有：廢石或?qū)ｉT開采的塊石，選礦尾砂或自然堆積的細(xì)砂(風(fēng)砂、河砂)，戈壁積料和破碎加工的山砂，冶煉爐渣和各種工業(yè)廢料以及用水泥或其他活性材料制備的各種膠結(jié)充填料。設(shè)計中除考慮資源充足、具有一定強(qiáng)度、不泥化、價格低、不含有害和有毒物質(zhì)外，還要結(jié)合回采工藝、材料制備、運(yùn)輸方式和經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定，要優(yōu)先考慮利用本礦的尾砂和掘進(jìn)、剝離廢石作充填料。尾砂用作回采采場或采空區(qū)充填料時，一般要求小于0.03mm的粒級不大于5％，滲透速度不小于8cm／h；用尾砂作膠結(jié)充填骨料時，分級界限可適當(dāng)降低；充填孤立或嚴(yán)密隔離的采空區(qū)時，可采用全粒級尾砂作充填料。用水泥作膠結(jié)材料時，一般采用低標(biāo)號的散裝水泥，有條件的礦山可考慮摻入部分粉煤灰和生石灰等作代用品，以降低水泥用量。

充填材料量與充填能力確定     包括礦山日平均充填量和充填能力計算。

礦山日平均充填量      指礦山年充填時間內(nèi)，平均每日應(yīng)充填的體積，按下式計算：

Q₀=(Q_a/γ)(Z/T)

式中Q₀為礦山平均日充填量，m³／d；Q_a為充填法年采出礦石量，t／a；γ為礦石密度，t／m³；丁為礦山年工作日，d；Z為充采比，即每采出1m³礦石需向回采空區(qū)提供充填料的數(shù)量。一般情況，Z=0.85～0.90。為使充填系統(tǒng)留有余地，設(shè)計時一般取Z=1。

充填能力計算      指充填系統(tǒng)各種設(shè)施的綜合能力，一般按式Q₁=KQ₀．=計算。式中Q₁為平均日充填能力，m³／d；K為生產(chǎn)不均衡系數(shù)一般取2～3?？紤]到采礦與充填各工序間的不均衡性以及充填料壓縮、沉降、流失等因素。一般在充填系統(tǒng)簡單或采空區(qū)充填時，取小值；在充填系統(tǒng)復(fù)雜、環(huán)節(jié)多、線路長和分層回采充填時，取大值；Q₀為礦山平均日充填量，m³／d。

充填料制備    充填料在送入充填管道(或井巷)之前，與水和其他材料在攪拌容器中或混合溝內(nèi)混合成砂漿(混凝土)的工藝過程。充填制備站一般應(yīng)設(shè)在充填負(fù)荷中心，其高程通常以滿足井下不加壓輸送為宜。水力充填時，班充填時間一般不小于5小時；膠結(jié)充填時，應(yīng)盡可能采用連續(xù)作業(yè)。充填料制備站通常由料倉和分級、攪拌、計量以及輔助設(shè)施組成。尾砂水力充填通常采用半球底圓筒結(jié)構(gòu)的立式砂倉和配有旋流器、攪拌筒等設(shè)施制備砂漿。山砂水力充填常采用儲倉混合溝式注砂室，溝的坡度一般大于15^。～20^。，溝內(nèi)襯砌耐磨材料并設(shè)格篩和沉鐵窩，以防雜物和大塊料進(jìn)入充填管道，造成堵塞事故。采用水力輸送膠結(jié)充填料時，需增設(shè)膠結(jié)劑與尾礦(砂石)漿攪拌的混合系統(tǒng)，通常在制備站將膠結(jié)劑制成料漿經(jīng)管道輸送到井下采場前進(jìn)行攪拌混合，或運(yùn)送到采場中自然混合。采用塊石混凝土膠結(jié)充填時，一般需在地面充填井口或井下回采充填區(qū)專設(shè)混凝土攪拌機(jī)。

充填料輸送    充填料的輸送主要是靠水力，通常，利用重力進(jìn)行自流輸送，常用管道長度L與充填料入口與出口之間的高差H之比的充填倍線N來表示，其計算式為N=L/H。N值常用以估算整個自流充填系統(tǒng)的服務(wù)范圍。中國經(jīng)驗(yàn)，對小于60mm碎石，N=5～8；小于5mm的河砂或細(xì)砂，N=8～12。當(dāng)充填料的粒度越細(xì)，管路系統(tǒng)簡單，彎頭少，阻力小時，N值大，反之N值小。一般認(rèn)為，N值的下限是可靠的，上限是可能的，超過此限時需通過試驗(yàn)和計算。采用碎石充填時，水砂體積比通常為1：1～1：3，最小流速為4m／s；用粒度小于5mm河砂充填時，最小流速為2.5m／s；用細(xì)砂或尾砂充填時，流速為2～2.5m／s。對于兩相流體管道的水力坡度等各項(xiàng)參數(shù)，一般需通過試驗(yàn)求得，中小規(guī)模的礦山可用近似公式計算并參照類似礦山選取。主充填管需配備用管，且不可安設(shè)在提升井內(nèi)。當(dāng)?shù)V體埋藏不深，充填量大，服務(wù)年限長時，需設(shè)計專用充填管路井。一般在豎管底部與水平管聯(lián)結(jié)處或在水平管的最低處設(shè)置事故排砂閥門。當(dāng)充填倍線大和采用膏體充填時，須用泵壓輸送充填料。膏體充填指用料漿濃度達(dá)75％～85％，呈牙膏狀的充填料進(jìn)行充填(普通充填料濃度為55％～65％)。其優(yōu)點(diǎn)是水泥等膠結(jié)劑耗量少、強(qiáng)度大、充填水量小、井下污染少、環(huán)衛(wèi)條件好、成本較一般充填料低，但一次投資大和試驗(yàn)要求較嚴(yán)格。干式充填的礦山，在充填量不大時，可用礦車運(yùn)輸。對于碎石膠結(jié)充填運(yùn)距和高差不大的礦山，可用電耙倒運(yùn)；對于無軌機(jī)械化開采的礦山可采用機(jī)械運(yùn)送；當(dāng)對充填體質(zhì)量要求嚴(yán)格時，可采用拋擲機(jī)充填。

充填系統(tǒng)設(shè)計中的其他工作還有污水排除、計量儀表和通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的選用等。